新型腦康復技術研究進展

白 冰，王大明，俞 瑩，趙依帆，陳作兵

(浙江大學醫學院附屬第一醫院 康復醫學科，浙江 杭州 310003)

腦康復主要包括腦血管疾病、腦創傷及各類顱腦術后的神經康復。腦部疾病導致的神經系統損傷致殘率高，是失能、半失能的主要原因。發表于Lancet雜志的數據[1]表明，神經系統疾病是世界范圍內致殘的主要疾病，占全球傷殘調整生命年的10.2%，預計影響2.5億人口。神經疾病的高致殘率意味著神經康復任務重要而艱巨。腦康復主要是針對各類顱腦疾病及損傷所致的神經系統損害的預防、評定和康復。近年神經康復學發展迅速，康復設備的研發如火如荼，循證醫學證據扭轉了既往對于神經損傷不可逆的宿命論觀點。隨著國民生活水平的提高，患者對病后生活質量的要求也進一步提升，這就需要不斷精進神經康復手段以滿足患者的日常及社交活動需求。

1 腦康復機制研究進展

腦的可塑性、神經可再生是腦康復治療的理論基礎。腦的可塑性是指大腦可以被環境和經驗所修飾，能適應環境而具有修改本身結構和功能的能力，分為結構可塑性和功能可塑性。神經再生是腦疾病后功能恢復的基礎，存活的神經細胞新生出軸突、突觸，與失神經腦區相連，從而恢復其功能[2]。相關基礎實驗[3-4]證實，早期康復訓練能夠逆轉腦疾病后的神經變性，激發神經系統的代償能力，通過突觸功能重建、軸突發芽、生物活性因子釋放、神經干細胞激活、血管再生等方式促進損傷部位的形態結構改變，從而促進新生神經環路形成并修建錯誤的神經環路。對腦梗死模型大鼠的研究[5-6]發現，康復訓練大鼠腦損傷程度減輕，行為學表現改善，相應皮層運動功能區突觸明顯增加。豐富的環境、社交以及運動訓練對腦梗死大鼠的行為改善最顯著，提示豐富康復訓練與神經可塑性密切相關[7]。動物實驗研究還發現移植的神經干細胞具有分化為神經元的潛能，進而修復受損的神經，改善大鼠行為學表現[8]。與此同時，對腦梗死人群的研究表明，康復治療能夠增加患者血清中腦源性營養因子[9]。腦源性神經營養因子能夠通過多種途徑促進神經細胞生存，增加突觸的可塑性。

2 腦康復技術研究的總體思路

現代新型腦康復技術在患者康復治療中發揮越來越重要的作用，將新型腦康復技術推廣應用于臨床是大勢所趨。腦康復技術研究的總體思路包括利用殘損功能和借助外部力量代償功能兩個方向，前者的代表是有創深部電刺激和無創的神經調控技術(磁和電)，后者的代表是外骨骼支架，也稱為機器人。隨著腦-機接口和信息技術、算法的進步，出現了基于腦電和肌電信號的多模態輔助康復技術。傳統康復訓練方法需要大量人力成本，且重復、枯燥、難以調動患者主動配合的積極性，虛擬場景訓練和機器人輔助訓練系統應運而生。本文對新型腦康復技術進行綜述，旨在為腦康復患者的臨床康復工作提供幫助。

3 新型腦康復技術研究進展

3.1 腦部電生理技術 腦部電生理技術主要包括經顱直流電刺激(transcranial direct current stimulation, tDCS)和經顱磁刺激(transcranial magnetic stimulation, TMS)兩種非侵入性腦刺激技術，此兩項技術已經被廣泛認可并應用于臨床的神經調節。tDCS通過頭皮對顱腦施加電刺激，誘導特異性大腦神經功能變化，提高神經可塑性。TMS基于電磁感應與電磁轉換原理，通過頭皮對顱腦施加磁刺激，改變腦代謝和神經電活動，實現增強大腦皮質興奮性的作用，調節皮質的可塑性。以上兩種非侵入性腦刺激技術具有無創、安全、神經調控作用強、靶向精度高、應用潛能大、價格低廉等優點[10]。臨床試驗[11]證明，tDCS與TMS主要應用于腦康復患者運動障礙、失語癥、認知障礙、情緒行為障礙等治療[12]，能夠加速患者的康復進程，提高患者的生活質量。近年來，將腦部電生理技術與物理療法、腦-機接口、功能訓練等治療手段共同應用于患者的腦康復，取得了肯定的療效。電生理技術與其他康復治療手段相輔相成，共同促進患者的康復[13-14]。但是，tDCS與TMS的生理學、分子生物學機制尚未完全闡明，導致其臨床應用相對局限。未來應聚焦于相關機制的研究，以促進其在各類神經精神障礙中的應用，實現非侵入性腦刺激康復技術的最大化運用。

3.2 生物反饋技術 生物反饋技術利用傳感器將人體肌電信號經過計算機處理后再反饋給患者，患者經過特殊訓練后，對活動性差的肢體進行有意識的主動調控。生物反饋訓練能對患者的大腦皮質進行重復刺激，有利于皮質重塑從而恢復受損神經。相關的隨機對照研究[15]表明，肌電圖生物反饋訓練能顯著改善中風患者的上肢Fugl-Meyer量表評分、Wolf運動功能測試量表評分，對腦損傷患者的肢體運動功能恢復有積極的影響。

3.3 腦-機接口技術 腦-計算機接口(brain-machine interface, BMI)簡稱為腦-機接口，是一種新型人機信息交互方式，不依賴于大腦外周神經肌肉，是大腦和計算機之間的直接聯系，能夠替代、增強或修復中樞神經系統的正常輸出，實現腦-機間的直接通訊，并利用執行器將接收到的大腦信號轉換為相應的動作，將“思想”直接轉化為“行動”。BMI技術在腦康復中的應用潛力巨大，能夠實現肌萎縮性側索硬化癥、腦干梗死及腦癱等所致的閉鎖綜合征患者與外界環境的交流[16]。BMI與物理治療結合能夠顯著改善肢體的功能障礙[17]。近年的研究表明，BMI還能應用于本體感覺障礙及認知障礙的治療[18]，海馬BMI的應用能夠喚醒記憶缺陷大鼠的記憶，在猴子中的應用研究也得到相關證實[19]。隨著人工智能的興起，無創BMI技術有望成為研究神經可塑性的重要工具。對BMI技術的精進研究、擴大生產、降低使用成本及完善相關的循證醫學證據，是未來BMI轉化為臨床應用的挑戰。

3.4 康復機器人 大量重復的康復訓練已被證實是腦康復治療的重要手段，但其加重了康復師的工作強度、加大了衛生成本。為了解決這一問題，20世紀90年代康復機器人的研究應運而生。隨著近30年的技術探索，康復機器人正在向多功能、智能化、易操作的方向發展。康復機器人主要應用于運動障礙患者的輔助性治療，還可應用于認知言語障礙的治療。康復機器人根據功能不同有多種分類，如可穿戴式、不可穿戴式、上肢/下肢康復機器人、部分減重平板運動訓練機器人。多項研究均已證實機器人訓練可顯著減輕急性腦卒中患者的殘疾程度并有益于其大腦功能的重組[20-23]。Kosak等[24]的研究表明，部分減重平板運動訓練機器人對腦損傷所致的嚴重癱瘓患者幫助較大，能減少患者康復訓練中的耗氧量，同時該技術也適用于合并心血管疾病的患者。神經康復機械手訓練可有效改善患者的上肢運動功能[25]。然而，康復機器人也存在很多問題，如安全性、實用性、相關指南缺失，機器故障所致的二次損害的避免、機器人使用感的提升、機器人購買及維修費用的降低、指南的標準化及使用、針對不同腦康復人群個性化康復方案的完善，都對康復機器人的普及至關重要。

3.5 虛擬現實技術 虛擬現實技術(virtual reality, VR)是通過計算機模擬虛擬環境從而給人以環境沉浸感的技術。患者在VR技術提供的與現實生活相關的虛擬環境中進行有目的的主動訓練，通過與計算機的互動訓練運動技能。沉浸、交互、想象是VR技術的特征，VR技術輔助的康復治療使患者處于主動狀態，訓練過程有情景代入，大大增加了訓練的趣味性。治療師通過VR反饋信息了解患者的訓練成效，及時調整療法；臨床醫師通過監測患者的運動可塑性參數，及時調整訓練計劃[26]。目前VR技術在腦康復領域主要用于改善手功能、運動功能、平衡功能、認知功能和空間障礙等[27-28]。VR技術配合神經康復機械手訓練對腦康復患者也大有益處[29]。Aida等[30]對11項腦損傷的VR康復試驗進行匯總研究，其中10項研究均表明VR技術有益于腦創傷患者的康復，但11項研究中僅有2項臨床試驗為高證據水平的隨機對照試驗。目前VR技術的實際應用還缺乏更多高證據水平的大樣本多中心臨床數據支持，亦缺乏相應的治療和評估標準。另外有報道指出，腦康復患者在VR訓練中會出現暈動癥等不良反應，如何減少此類不適癥狀的發生也至關重要。另外，VR技術的設備開發和投入費用較高，尚無法大范圍推廣應用。同時，簡化操作系統、開發多用戶系統、將VR技術與遠程康復相結合等均是腦康復領域VR技術的未來發展方向。

3.6 5G技術 5G技術與康復治療相結合的技術尚處于起步階段。鑒于5G技術的逐漸普及，康復診療模式正發生著改變，遠程康復是未來新趨勢。5G技術促進康復診療由傳統的“醫-患”二維模式向“醫-保-網-患”的多維互動模式轉變，患者有望從網絡終端獲得更多的醫療信息，使患者的需求獲得更大的滿足。同時，5G技術將計算機、通信、信息技術結合，實現了治療師對康復設備的遠程操控[31]。但由于遠程控制對儀器的精細程度要求高，相配套的操控軟件、康復機器人、人機交互技術等還處于試驗階段，最終臨床應用的轉化還需要不斷地探索。5G技術以其低延遲的特性極大地推動了人機交互的發展，通過5G技術、人工智能、康復機器人、VR技術的相輔相成，未來康復診療模式將發生重大轉變[32]。5G技術還能促進康復大數據的發展，使未來的康復信息更加便捷化、數字化，康復醫生通過應用診療大數據，能夠對患者的疾病進行更加科學明確的評估，促進診療的科學與規范。5G技術在康復診療中的應用需要醫、工、康等多學科的合作，5G技術對康復醫學發展的影響已初見端倪。

4 腦康復技術未來研究展望

4.1 基礎研究 首先，目前可供研究的動物模型有限，需積極構建功能障礙動物模型，通過動物模型發現并驗證神經康復技術的作用機制；其次，神經干細胞移植是神經康復研究的熱點，但研究仍處于早期階段，通過神經干細胞或神經組織工程學技術修復或取代壞死區域實現功能恢復在未來有望成為可能；再者，開發更貼近臨床需求的新程序、新技術，并確保其應用的安全性，需要醫、工多學科交叉。

4.2 臨床研究 首先，新型腦康復技術的開始時間、持續時間及治療強度還需大樣本多中心的臨床研究提供循證醫學證據；其次，需統一臨床研究選用的結局指標，避免使用患者主觀性強的量表作為評價標準，實現對療效的客觀事實分析，提升臨床研究的真實性和客觀性；再者，需有效整合神經影像新技術、腦電生理、肌電圖和誘發電位等技術，將其運用到康復功能評定、康復干預有效性指導、預后早期判斷中，并與神經調控技術相結合，在常規治療基礎上，實現神經康復的精準可控。

總之，我國康復醫學起步晚，但得到了國家和政府的大力扶持，發展迅速。康復不僅是醫學的一部分，也是社會服務/支持體系的一部分，由于腦康復特有的復雜性、長期性、患者群龐大等特點，提高國民康復意識、提升社會認可度、完善康復醫療體系建設是非常重要的。實現康復診療一體化，促進康復服務社區化、家庭化，防-治-康三方面相結合并補齊康復醫療短板，不斷開發精進康復新技術，配備完備的康復治療室及培養具備應用新型腦康復技術能力的專業康復人才是未來康復診療的發展方向。